Wie arbeiten Neonröhren Scientific American
Bild: Courtesy E. SCHIFF / Syracuse University
Gasentladungsableiter emittieren verschiedenen Farben auf dem Element abhängig Inneren enthalten ist. Leuchtreklamen sind orange, wie das Wort Physik oben.
Per Definition ist die Atome von Inertgasen wie Helium, Neon oder Argon nie (gut, fast nie) bilden stabile Moleküle durch chemische Bindung mit anderen Atomen. Aber es ist ziemlich einfach, eine Gasentladung zu bauen tube¿such als Neon light¿which zeigt, dass Inertheit eine relative Angelegenheit ist. Man braucht nur eine geringe elektrische Spannung an die Elektroden an den Enden eines Glasrohrs anzuwenden, das Inertgas enthält, und das Licht beginnt zu leuchten.
Es ist viel einfacher zu erklären, warum Neon nicht inert in einer Entladungsröhre ist, als es zu erklären ist, warum es inert gegenüber chemischen Reaktionen ist. Die Spannung über eine Entladungsröhre wird ein freies Elektron bis zu einem gewissen maximalen kinetischen Energie beschleunigen. Die Spannung muss groß genug sein, so dass diese Energie mehr als das ist erforderlich, um das Atom zu „ionisieren“. Ein ionisiertes Atom hat es sich aus einer orbitalen gezupft, um eine „freie“ particle ein Elektron hatte, und das Atom hat er hinterlässt ein positiv geladenes Ion geworden. Das sich ergebende Plasma aus geladenen Ionen und Elektronen führt den elektrischen Strom zwischen den Elektroden der Röhre.
Das Foto (oben) zeigt ein Gasentladungs Zeichen entworfen von Sam Sampere der Syracuse University. Dieses Zeichen enthält eine Neon-Entladungsröhre (das orangefarbene Wort „Physics“) und Quecksilberentladungsröhren (die blaue Wort „Experience“, und der äußere Rahmen). Die Skulptur an der Unterseite des Zeichens repräsentiert die elektrischen und magnetischen Felder des Lichts. Die weißen und gelben Sinuswellen in der Skulptur sind tatsächlich Leuchtstoffröhren. Diese Leuchtstoffröhren sind Quecksilberentladungsröhren mit speziellen Überzügen auf ihren Innenwänden. Das ultraviolette Licht, das von der Quecksilberentladung in einer Röhre emittiert wird, durch die Beschichtung absorbiert wird, die anschließend Licht einer anderen Farbe emittiert (und mit einer niedrigeren Photonenenergie). Abhängig von dem genauen Material der Beschichtung kann eine ganze Reihe von Farben erhältlich.
Warum also diese Gasentladungen Licht emittieren? Als Alternative zu einer durch energetische Kollisionen entfernt wird, ein Elektron an einem Atom angeregt werden. Man spricht von dem Elektron als zu haben zu einem Orbital höherer Energie gefördert. Wenn das Elektron wieder nach unten in seinem ursprünglichen orbital erleichtert, trägt ein Teilchen von Licht (ein Photon), um die Energie von der Entladungsröhre excitation¿and glüht weg! Eines Photons der Energie (dessen Wellenlänge oder Farbe) ist abhängig von der Energiedifferenz zwischen den Orbitalen. Ein gegebenes Atom kann viele Energien emittieren Photonen mit seinen verschiedenen Paaren von Orbitalen entsprechen. Diese Reihe von Photonen energies¿the Emissionslinien zu einer spectroscopist¿is einzigartig für ein bestimmtes Atom. Wie in dem Zeichen zu sehen ist, haben die Quecksilberentladungsröhren einen ganz anderen Farbton als der Neon-Entladungsröhre der Fall ist. Das Edelgas Helium wurde tatsächlich auf diese Weise entdeckt und Beobachtungen von Sonnenlicht ergaben eine Reihe von Photonenenergien, die noch nie zuvor in Entladungen auf der Erde gesehen.
Die chemische Beständigkeit von bestimmten Gasen ist subtiler zu erklären. Allgemein gesprochen, wenn zwei Atome in die Nähe kommen, die höchste Energie oder Valenz, Orbitalen der Atome verändern und die im wesentlichen Elektronen, die auf den beiden Atomen reorganisieren. Wenn diese Reorganisation umfasste die Gesamtenergie der Elektronen verringert, kann eine chemische Bindung bilden. Für gewöhnliche, nicht-inerte Atome werden die Elektronen relativ biegsam und Bindungen oft bilden. Die Elektronen in Inertgasen, sind jedoch relativ beständig gegen diese Naheffekt, so dass diese Gase sehr selten binden Moleküle zu bilden.